径向流分子筛使用末期CO2含量超标的处理

长孙峰，高永春

径向流分子筛使用末期CO2含量超标的处理

长孙峰，高永春

（柳州钢铁（集团）公司气体公司，广西柳州545000）

径向流分子筛在使用过程末期CO2含量超高，影响空分安全运行。从工艺设计、分子筛运行参数和设备等方面分析了原因，并采取措施解决了问题。

大型空分设备；分子筛吸附器；径向流；二氧化碳含量；处理方法

1 引言

柳钢2#40000 m3/h机组空分设备于2012年7月投用，空分设备采用立式径向流分子筛吸附净化，自投产以来，设备运行稳定，各项工艺技术指标均表现良好，全部超过设计值。2012年底，空分设备在正常使用4个月后，分子筛在使用末期出现了CO2含量超高的现象，通过调整工艺参数CO2含量得到控制，但由于增大再生温度和气量，能耗较高且氧产量也受到一定影响，通过和设计厂家沟通讨论，对分子筛设备进行了适当改造，最终彻底解决了分子筛使用后期CO2超标的问题，各项工艺参数也恢复到了设计水平。

2 故障经过

12月23日夜班5：00，2#分子筛使用末期，CO2含量突然升高至0.53×10-6（原来分子筛使用末期CO2正常含量为0.10×10-6左右），后通过适当降低空气量，提高再生温度和再生气量，CO2含量恢复正常。2013年1月1日上午，2#40000 m3/h机组1#、2#分子筛使用末期均出现CO2含量超高的现象，最高值达到了0.87×10-6（如图1所示）。

图1 调整前分子筛出口二氧化碳变化曲线

3 原因分析

针对立式径向流分子筛的特点，2013年1月2日技术部门组织各相关部门对该机组分子筛使用后期CO2含量超高的情况进行讨论，并从以下几方面进行分析：

3.1 仪表显示不准确

对分子筛在线CO2分析仪进行调校，并使用便携式水含量分析仪对分子筛后空气进行化验分析，含水量均小于5×10-6，可以排除测量仪器问题。

3.2 进分子筛的空气含水量过大

打开出空冷塔捕雾器接水盘排水小阀，有少量水排出；检查进分子筛前空气吹除小阀，无游离水排出，且控制出空冷塔温度也在10℃以内，也可以排除这个原因。

3.3 空冷塔压力波动大

查看机组运行记录，近几个月以来空冷塔压力一直保持稳定，工况正常。

3.4 吸附剂床层下沉，空气走短路

2013年1月7日在分子筛泄压结束后，打开分子筛顶部人孔检查，发现氧化铝床层下沉500～600 mm，分子筛床层下沉200～300 mm，1月8日在分子筛泄压末期，分别对1#、2#分子筛补充分子筛和氧化铝。分子筛和氧化铝装填后分子筛运行参数有所好转，但改善不大，说明超标问题不是由于分子筛填料下沉，导致空气走短路所致。

3.5 临时的工艺调整

为稳定生产工况，不影响冶炼生产，2013年1月2日至1月31日期间车间根据生产情况，对分子筛运行工况进行了一系列阶段性的调整（具体参数如表1所示）。

表1 分子筛工艺参数调整前后对比

（1）降低空压机排气压力，减少空气量。

（2）降低空气出空冷塔温度。

（3）缩短分子筛使用时间周期（具体为加温时间由72 min减至65 min，冷吹时间由128 min减至107 min，泄压时间由7 min减至6 min，吹电加热器的时间由4 min减至2 min，并联时间由2 min减至1 min）。

（4）提高再生气压力和流量。

（5）提高再生气温度。电加热器由原来使用3台（每台电加热器3个固定组、1个调功组），增加为4台（1#、3#、4#每台电加热器3个固定组、1个调功组，2#电加热器2个固定组、1个调功组），多投调功柜3组，固定组的报警温度由200℃提高至220℃，调功组的报警温度由190℃提高至195℃，用来提高再生气温度，原来的分子筛电加热器再生气出口温度的180℃增加为205℃。

（6）降低冷吹末期分子筛进口温度。

通过工艺调整，分子筛CO2含量得到了有效控制（已基本稳定在0.1×10-6左右），1月2日至31日工艺调整以来，CO2含量如图2所示。

图2 调整后分子筛出口二氧化碳变化曲线

3.6 分子筛设备的改造

工艺调整虽然逐步稳定了分子筛使用末期CO2的含量，但相应的空分工况也受到较大的影响，由于采取了降低空气量、提高再生气压力、提高再生温度等一系列措施，空分机组氧气产量有所减少，单位氧气能耗却有所增加，长期运行，与正常工况相比对机组的经济效益有较大影响（具体参数对比见表2）。数据说明分子筛使用末期CO2的含量超高的原因还未根本消除，可能是分子筛吸附器本身存在设备缺陷。

表2 分子筛工况调整后重要经济指标对比

4 处理措施

通过与设计厂家沟通和论证，分析得出分子筛吸附器的顶部（分子筛侧）可能存在一段吸附死角，再生过程中这段区域气体排放不畅，有一部分死气始终停留在这里，导致这部分吸附剂再生不彻底，在使用过程中，当吸附剂饱和时就会析出水分和CO2，直接影响顶部出口空气的CO2含量。2013年2月4日在冶炼单位检修的期间，对2#40000 m3/h机组进行了停机检修，在两台吸附器（MS1201、MS1202）顶部分子筛装料口，分别加装一个DN50的蝶阀（如图3所示）。并规定，在吸附器加温时，开启阀门，在吸附器冷吹结束前，关闭阀门，用于排放死角气体。

图3 加装蝶阀示意图

增加分子筛顶部死气排放阀后，技术人员逐步恢复运行工况参数。首先将分子筛再生温度和压力逐步恢复到设计值，观察1周后，使用末期CO2含量没有变化。接着将空压机排气压力提高至最大值，氧气产量由40000 m3/h提高至41500 m3/h，所有产品指标均采取最大设计参数生产，经过近1个多月的运行观察，分子筛使用末期CO2含量均未出现超高情况，指标始终保持稳定，证明问题已得到妥善解决。随后将增加阀门的操作纳入操作规程，并组态使用DCS正常控制。

5 结束语

分子筛的正常使用对空分生产至关重要，一旦工况异常对空分的工艺参数和能耗影响较大，立式径向流分子筛在大型空分设备中已陆续使用，它具有占地面积少、压差小、床层稳定性高等优点，但设备稳定运行是关键，像类似情况在兄弟钢厂中也出现过，通过增加死气排放阀都得到了很好的解决，改造以后设备运行保持了长期稳定。

[1]汤学忠，顾富民.编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2001.

[2]毛绍融，朱朔元，周智勇.现代空分技术与操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[3]李化治.制氧技术[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[4]李瑞江，陈春燕，吴勇强等.大型径向反应器中流体均布参数的研究[J].化学工程，2009，10(39)：28-31.

[5]李剑峰，周寒秋，林秀娜.径向流分子筛吸附器流场数值模拟[J].边瑾.深冷技术：安装运转[J].杭州：杭州出版社，2010：49-52．

Treatm ent of Excessive CO2Content at the Final Phase of Radial FloWM olecular Sieve Usage

ZHANGSUN Feng，GAO Yongchun
(Gas company of Liuzhou Iron and Steel(Group)Co.,Liuzhou,Guangxi 545000,China)

Excessive carbon dioxide content in the air from the outlet of radial floWmolecular sieve absorber at the end of adsorption affects the safe operation of air separation plant.The causes of the trouble were analyzed from the aspects of technical design,molecular sieve operation parameters and equipment factors and countermeasures were taken,which has solved the problem.

air separation plant;molecular sieve absorber;radial flow;carbon dioxide content;treatmentmethod

TB657.7

B

1006-6764(2015)09-0027-02

2015－05－06

长孙峰（1982－），男，2004年毕业重庆大学化工学院，工程师，现从事空分生产和管理工作。